Электроретинография (ЭРГ) оценивает биоэлектрический ответ светочувствительных клеток сетчатки на световое раздражение. Это рутинная клиническая процедура диагностики заболеваний глаз, патологий сетчатки и зрительного нерва. В качестве датчиков, примыкающих к роговице или слизистой глаза, часто выступают жёсткие контактные линзы с конъюктивальными электродами. Их применение дискомфортно для пациентов: требуется седация или анестезия, использование векорасширителей.

В Университете Пёрдью решили эту проблему, встроив эластичный биосенсор в одноразовые мягкие силикон-гидрогелевые линзы. В отличие от жёстких линз, мягкие мгновенно принимают форму роговицы глаза, обеспечивают хорошую проводимость сигнала, комфортны в использовании и не так дороги в производстве. Разработчики отмечают, что похожим образом мягкие линзы можно оснастить другими типами датчиков и обеспечить пациентов, врачей и учёных новыми возможностями. Технология запатентована и доступна для лицензирования.

Почему ЭРГ – это всегда некомфортно и не всегда безопасно

Сегодня «золотой стандарт» для измерения сигналов сетчатки глаза подразумевает использование особых устройств с датчиками как, например, линзы ERG-Jet. Однако в этом случае роговица и веко контактируют с толстой, жёсткой контактной линзой неоптимальной геометрии. Это приводит к дискомфортным ощущениям, даже несмотря на местную окулярную анестезию, и пациентам часто требуется общий наркоз или дополнительная седация.

Альтернативное устройство, линза Буриана-Аллена (Burian-Allen lens), за счёт массивного векорасширителя не даёт пациенту моргать и именно поэтому чаще всего используется при редких клинических состояниях, для которых важна запись ответов сетчатки на протяжении нескольких часов.

Если пациент отказывается от анестезии или седативных средств, процедуру могут провести с помощью устройств крючкового типа – волоконных электродов DTL (Dawson Trick Litzkow fiber), но качество сигнала при этом ухудшается почти на 46%, и это сильно ограничивает интерпретацию полученных данных.

В силу высокой стоимости изготовления, все эти устройства используются многократно на разных группах пациентов и требуют тщательной дезинфекции, особенно против легко передаваемых вирусов типа COVID-19.

Эволюция умных линз – от жёстких микросхем до эластичных датчиков

С развитием гибкой электроники появились разработки умных контактных линз для серийного выпуска: Sensimed TriggerFish и Google Contact Lens. Эти устройства обеспечивают непрерывный мониторинг внутриглазного давления и биомаркеров в слёзной жидкости, а встроенная в линзу микросхема осуществляет беспроводную передачу этих данных.

К сожалению, такие микросхемы в 3 раза толще и в 75 000 раз жестче обычной мягкой контактной линзы, и при ношении в течение длительного времени возникает риск гипоксии роговицы. Среди других побочных эффектов – ощущение инородного тела, боль в глазах, поверхностный точечный кератит, дефекты эпителия роговицы и эритема конъюнктивы.

В своей разработке команда Университета Пёрдью использовала последние достижения в области гибкой электроники, новый способ крепления эластичного датчика для ЭРГ роговицы к поверхности коммерческих линз (с помощью влажной склейки) и их характеристики. Современные мягкие линзы обеспечивают отличную биосовместимость, прозрачность (~ 100%), кислородную проницаемость (10 – 200 DK/t), смачиваемость (содержание воды = 30 – 80%) и подходят людям с различными формами роговицы (радиус базовой кривизны – 8,3 – 9,0 мм).

Датчик подключается к внешней системе сбора данных с помощью тонкого соединительного провода. Он очень мало весит (~ 1,4 мг/см) и чрезвычайно легко растягивается (до 350%), чтобы естественное моргание и движения глаза не влияли на сигнал, и электроретинографическое исследование выполняется без местной анестезии.

При нанесении датчика на линзы их внутренние свойства не изменяются, так как слои гибких полимеров, используемые командой Университета, как минимум в 7 раз тоньше, в 2 раза мягче и в 10 раз эластичнее. Механизм крепления обеспечивает достаточную механическую и химическую надежность даже в суровых условиях окружающей среды, включая перепады температуры от 30 до 80° C и обезвоживание на протяжении 5 часов.

Разработка открывает как минимум две интересные перспективы. Во-первых, это начало серийного производства не травмирующего и по-настоящему доступного одноразового продукта для институтов и клиник. Во-вторых, перед нами, по сути, первая в своём роде сенсорная платформа для максимально естественного контакта с роговицей, которую можно адаптировать для широкого спектра офтальмологических и оптометрических клинических потребностей.

Источники:

All-printed stretchable corneal sensor on soft contact lenses for noninvasive and painless ocular electrodiagnosis, открытое исследование команды Университета Пёрдью, журнал Nature Communications

Soft contact lenses eyed as new solutions to monitor to monitor ocular diseases, официальный пресс-релиз Университета Пёрдью

Electrodiagnosis of ocular diseases using sensor-enabled contacts, статья-интервью, журнал Medgadget